軟土地區(qū)樁端后注漿大直徑超長鉆孔灌注樁現(xiàn)場試驗研究

周 煒（上海市建筑科學研究院有限公司，上海 200032）

與預制樁相比，鉆孔灌注樁有著施工噪聲小、對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點，施工樁徑可以較大、樁長也可以較長。但常規(guī)鉆孔灌注樁較難保證成孔質量，易出現(xiàn)泥皮較厚、孔底沉渣較多、土體應力釋放過大等缺陷。這些問題始終沒有得到有效地解決，尤其是樁端沉渣和樁側泥皮問題，容易導致單樁豎向承載力顯著下降及建筑物沉降量大幅度增加。如處理不好這些問題，不但會對工期和造價產生影響，還會對單樁承載力及建筑物沉降均會產生不利影響。按目前工程經驗，樁長較長的大直徑鉆孔灌注樁一般可采用后注漿工藝。

樁端后注漿工藝即鉆孔灌注樁澆灌樁身混凝土之前，先在孔內預留帶有活動閥的細鋼管至孔底，然后澆注混凝土至設計標高，待樁身混凝土有一定強度時，利用水泥漿加壓泵由原先預留的鋼管中注入水泥漿，高壓水泥漿自閥門由樁底部向上部注漿和樁底注漿，使樁端以上 20～30d和樁端下土體得到加固，同時也解決了灌注樁中部分泥皮和沉渣影響承載力的問題，大幅度提高了單樁豎向抗壓承載力，減少了樁基礎的沉降量。

本文基于工程現(xiàn)場載荷試驗實測數(shù)據，進一步研究樁端后注漿大直徑超長灌注樁承載變形特性、荷載傳遞機理及樁身壓縮性狀等問題。

1 工程概況

某工程位于上海市黃浦區(qū)人民路以東、東門路以北地塊內?？傉嫉孛娣e 45 472 m2，總建筑面積約 429 852 m2。本工程包括兩幢超高層建筑辦公樓及商業(yè)裙房。超高層辦公樓最高層數(shù)為 39 F，最高屋面標高 180 m。本場地地貌屬于濱海平原地貌類型，場地內地勢較平坦，地基土層及參數(shù)如表 1 所示。

表1 地層樁側摩阻力標準值 fs 及樁端端阻力標準值 fp 參數(shù)表

2 試驗方案

工程抗壓試樁采用鉆孔灌注樁，樁徑為Φ1 000 mm，樁長為 82.8 m，持力層為粉細砂。樁身混凝土強度為水下 C 45，試樁采用樁端后注漿，注漿量 5 t。試驗樁共 3組，采用 6 錨樁法。試樁的預估最大加載值 24 600 kN，實際加載時，根據工程樁有效樁頂標高處的荷載值達到23 500 kN 為控制條件。試樁概況如表 2 所示。

表2 試樁信息

抗壓試驗加載方式：

加荷：0.2P→0.3P→0.4P→0.5P→0.6P→0.7P→0.8P→0.9P→1P

卸荷：1P→0.8P→0.6P→0.4P→0.2P→0

3 試驗結果及分析

3.1 靜載試驗承載力及沉降分析

根據靜載試驗結果匯總后如表 3 所示。

表3 靜載試驗結果匯總表

由表 3 可知，試樁 TP1-1，根據工程樁樁頂荷載控制要求，試驗最終荷載為 25 600 kN，試驗穩(wěn)定時，樁頂累計沉降量為 42.60 mm；試樁 TP 1-2 和 TP 1-3 加載至 24 600 kN，試驗Q-s曲線未出現(xiàn)明顯陡降，累計沉降分別為 34.98 mm、33.38 mm，試驗結果穩(wěn)定。

在最大荷載下，各試樁樁身不同位置的沉降如表 4 所示，各級荷載下的不同樁身斷面的Q-s曲線如圖 1 所示。

表4 最大荷載下各試樁樁身沉降匯總表

圖1 試樁 Q-s 曲線

由表 4 和圖 1 可知，樁底沉降均較小，分別為 2.29 mm、3.18 mm 和 2.35 mm，試樁頂?shù)睦塾嫵两祹缀跞坑蓸渡韷嚎s量產生，在相同荷載 24 600 kN時，樁身壓縮量約為 33 mm。假設樁身應力為倒三角形分布形式，荷載 24 600 kN 時，樁身壓縮量按理論計算約為 47 mm。表明樁身仍基本處于彈性變形階段，承載力主要由樁身摩擦力提供。假設不考慮樁端后注漿，根據土層參數(shù)，試樁的極限承載力約為 14 700 kN。由試驗結果可知，樁端后注漿后試樁的極限承載力提高約69% 以上，說明樁端后注漿對超長樁的樁身及樁側摩阻力提高有顯著效果。

3.2 樁身軸力、側摩阻力、端阻力分析

3.2.1 測試數(shù)據計算方法

（1）應變計算。根據現(xiàn)場試驗測得的應力計頻率fi，求出每個應力計不同荷載階段的壓力P和應變 εs，如式（1）所示。

式中：Pij—第j斷面第i級荷載下的鋼筋計壓力；

Kj—第j斷面鋼筋計標定系數(shù)；

f0j—第j斷面鋼筋應力計初始讀數(shù)；

fij—第j斷面第i級荷載下的鋼筋應力計讀數(shù)；

Bj—第j斷面鋼筋計標定系數(shù)；

εsij—第j斷面第i級荷載下的鋼筋應力計應變；

Asj—第j斷面鋼筋應力計斷面積；

Es—鋼筋應力計彈性模量。

（2）樁身軸力計算。當進行樁抗壓試驗時，根據混凝土和鋼筋變形協(xié)調條件，可求出樁身斷面軸力Qij，如式（2）所示。

3.2.2 樁身軸力

試樁在各級荷載下的各斷面軸力變化曲線，如圖 2 所示。由圖 2 可以發(fā)現(xiàn)，試樁的承載力開始階段基本由樁側摩阻力承擔，隨著試驗逐級加載，樁側摩阻力由淺到深逐漸發(fā)揮；試驗加載至第 8 級荷載（22 140 kN）后，樁端阻力開始發(fā)揮，隨著試驗繼續(xù)加載，端阻力逐漸增大，繼續(xù)增加的試驗荷載基本由端阻力承擔。

圖2 各試樁樁身軸力分布曲線

根據試驗結果，各試樁在最大試驗荷載下，3 根試樁TP、1-1、TP1-2、TP1-3，工程樁樁頂處軸力分別為24 099 kN、23 571 kN 和 23 670 kN，滿足工程樁樁頂標高處的荷載值（ 23 500 kN）控制要求。

3.2.3 樁側摩阻力、端阻力

根據圖 2 試驗結果，各試樁在相應試驗最大荷載下，工程樁樁身段各土層樁側摩阻力如表 5 所示。

表5 最大荷載下工程樁樁身段樁側土層摩阻力

由表 5 可知，樁端后注漿處理后，由于樁底沉降較小，樁身樁土相對位移減小，使樁側土層摩阻力相對于不考慮后注漿時有明顯提高，提高比例約為 40%～50%。

各試樁在最大試驗荷載下，工程樁樁身段樁側總摩阻力、樁端阻力如表 6 所示。

表6 最大荷載下工程樁樁身段樁側總摩阻力和端阻力

由表 6 可知，在最大試驗荷載時，3 根試樁在工程樁樁身段，樁身總摩阻力約占總承載力的 76%，樁端阻力約占總承載力的 24%。表明樁端后注漿技術改善了灌注樁的樁端承載特性，大幅度提高了樁端土體的承載能力和變形特性，為樁端阻力的發(fā)揮提供了條件，使超長樁的端阻力有較高發(fā)揮。

4 結 語

本文通過對 3 根樁端后注漿大直徑超長鉆孔灌注樁的現(xiàn)場試驗，得到了如下結論。

（1）由于靜載試驗一般在自然地坪進行，而設計更關心的是工程樁頂標高處的承載力，因此根據工程樁頂處的軸力測試結果，控制試驗最終加載值，更符合設計要求。本文 3根試樁的工程樁頂標高處軸力分別為 24 099 kN、23 571 kN和 23 670 kN，滿足設計 23 500 kN 的控制要求。

（2）由于樁端后注漿技術改善了大直徑超長鉆孔灌注樁的樁端承載特性，大幅度提高了樁端土體的承載能力和變形特性。本文 3 根試樁，假設不考慮樁端后注漿，試樁的極限承載力約為 14 700 kN，而由試驗結果可知，樁端后注漿后試樁的極限承載力提高 69% 以上，說明樁端后注漿對超長樁的樁身及樁側摩阻力提高有顯著效果。

（3）通過沉降桿法量測樁身不同斷面的沉降，發(fā)現(xiàn)樁端后注漿灌注樁的樁底沉降較小，最大加載時約為 3 mm，試樁頂?shù)睦塾嫵两祹缀跞坑蓸渡韷嚎s量產生。在荷載24 600 kN時，樁身實測壓縮量約為 33 mm，按理論計算約為 47 mm。表明樁身仍基本處于彈性變形階段，承載力主要由樁身摩擦力提供。

（4）樁端后注漿處理后，由于樁底沉降較小，所以樁身樁土相對位移減小，使樁側土層摩阻力相對于不考慮后注漿時有明顯提高，提高比例為 40%～50%。在最大試驗荷載時，3 根試樁在工程樁樁身段，樁身總摩阻力約占總承載力的 76%，樁端阻力約占總承載力的 24%。